液氢贮箱零蒸发数值模拟与分析

采用CFD技术,对处于微重力下的零蒸发(ZBO)液氢贮箱内采用喷嘴棒强迫混合的流场进行稳态数值模拟,建立了二维轴对称模型,预测了在不同几何参数下贮箱内温度场及速度场分布情况。研究表明,喷嘴棒伸入贮箱长度、入口直径等因素均会对系统内温度场产生影响。贮箱内平均温度和最大温度随喷嘴棒长度和入口直径的增大而减小,而喷口直径对贮箱内温度场影响不明显。由上述可以看出,通过增大入口直径、选择合适的喷嘴棒伸入长度,可以改善系统性能。     

低温液氧箱体自由界面晃动动态响应

采用计算流体力学(CFD)技术数值研究低温液氧贮箱在外部晃动激励下箱内气液界面动态响应。计算中详细考虑了外部漏热以及气液相间相变对箱体热力耦合过程的影响,通过用户自定义程序将外部正弦激励加载到低温贮箱壁面作为动量边界,采用流体体积(VOF)方法精确捕捉晃动过程气液界面波动变化。通过与相关晃动实验结果对比,验证了本文所构建数值模型的有效性。基于所构建数值模型,对流体晃动进行数值模拟,获得了外部正弦激励下,箱体内部气液相分布以及界面形状变化;通过设置动态监测点,分析了气液界面晃动动态响应。结果表明,流体晃动对低温贮箱内部气液界面动态响应具有较大影响。为抑制流体大幅波动,需采取合适的防晃措施。     

充注率及氦气增压对低温贮箱热分层特性影响

为了揭示低温推进剂贮箱的增压规律和热分层特性,在以液氮为贮存介质的低温流体高效贮存平台上,进行了不同充注率下的贮箱自增压及氦气增压实验。得到充注率分别为35%,50%和65%时的贮箱增压速率分别为7.54 kPa·h~(-1),13.02 kPa·h~(-1)和28.26 kPa·h~(-1).获得了达到相同压力水平时各自充注率对应的温度分布,分析了不同充注率时贮箱温度梯度的变化规律。最后使用常温氦气作为增压气体,将贮箱充注率为50%的贮箱分别增压到180 kPa,380 kPa和580kPa,分析了氦气充注过程及达到不同压力水平时贮箱内温度分布变化规律.     

新型被动在轨非连接支撑热结构耦合分析

新型被动在轨非连接支撑(简称PODS)发射和在轨时主要功能元件接触状态不同,其传热路径不同,漏热量也就不同。针对支撑结构发射及在轨时,热应力、惯性载荷及贮箱重量对其漏热的影响,利用ANSYS Workbench中热-结构耦合方法对支撑结构进行分析,得到PODS温度分布、热流分布及不同接触状态下的漏热量。结果表明,不同接触状态下,热变形及漏热量均不同。热变形是热应力和结构应力共同作用的结果,其中,热应力是影响热变形的主要因素。     

低温液体贮箱蒸发率影响因素研究

理论分析了低温贮箱的热性能,计算并对比了低温贮箱各部分漏热情况。通过在静置状态下的蒸发率实验,测量了一定时间内的低温液体蒸发量,以此计算了液氮工质的蒸发率以及外部总漏热量,并与计算值进行了对比。通过制冷机降低贮箱内气相温度,结果表明,气枕压力及蒸发率随气相空间温度减小能够有效降低。     

低温液氮贮箱静置增压及放气特性分析

由于外部漏热的影响,静置时低温贮箱内的气枕压力会逐渐升高,压力升高相应地会改变贮箱内气相空间的温度分布。文中对低温液氮贮箱进行了静置增压过程实验,结果表明:增压所耗时间随气枕压力升高而增大,气相空间垂直方向各温度在实验压力范围内也相应升高;低温贮箱在不同的气枕压力下进行了放气过程实验,并对泄压过程中气体流量随气枕压力的变化进行了分析。     

微小卫星贮箱内两相流界面变形定位及控制管理

液化气推进技术是微小伴随卫星在轨飞行采用的一种新型推进技术。微小伴星空间调姿、变轨过程需精确的推力控制,因此必须了解卫星推进系统中推进剂的形位分布。本文理论分析了空间微重力环境下液化气推进剂气/液界面的形位分布及变化,并通过落塔实验验证了微重力环境下有效控制液体推进剂的管理方法。     

液体火箭发动机液氧箱与预冷回路的耦合计算模型

建立了液体火箭发动机的液氧贮箱与底部预冷回路的数值计算耦合模型,模拟了地面停放过程中贮箱与底部预冷回路的三维非稳态两相流动与传热过程,分析了自然循环预冷条件下液氧贮箱和底部预冷回路中的三维物理场分布及随时间变化规律。结果表明:随着停放时间的增加,液氧的蒸发量增加,停放中后期贮箱内的热传递基本趋于稳定。回流管内的气化导致回流口处的温度一直呈现波动。     

货物堆码方式对冷藏集装箱内温度分布的影响

为了研究货物堆码方式对冷藏集装箱内温度分布的影响,以20英尺冷藏集装箱为研究对象,建立箱内空气对流与换热的物理和数学模型。采用标准k-ε紊流计算模型,对稳态下的箱内温度分布情况进行模拟仿真。在装载货物量不变的情况下,通过改变冷藏货物的配载方式,采用CFD软件模拟了箱内温度场分布。结果表明:货物左右对称装载方式的温度场分布情况优于货物整体装载方式;合理的控制货物转载高度、货物与箱壁侧面间隙可以有效防止湍流现象的发生。     

不同工质下热力学排气系统的压力控制及运行特性

以低温贮箱压力控制为目标,建立了热力学排气系统(TVS)和贮箱内流体流动及气液相变过程的数学模型。以18.09m~3低温贮箱在地面工况充注率75%、漏热量0.76W/m~2为例,计算了不同贮存工质(液氢、液氮、液氧)下贮箱自增压过程及开启TVS后对贮箱压力控制的效果。结果表明,相同漏热率下液氢贮箱的气枕升压速率远大于相同充注率下的液氮和液氧贮箱升压速率;TVS运行后三种工质贮箱压力均可有效地控制在165.5~172.4kPa范围内。对比了不同工质热力学排气系统的运行周期、运行时间及排气量等关键参数,同时还分析了贮箱内液体的温度变化规律。